專利名稱：Cmos圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS(補(bǔ)償型金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器，更具體地，涉及一種CMOS圖像傳感器，它適合于一種能安裝在蜂窩電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)等內(nèi)的圖像拾取裝置。
背景技術(shù)：
近來，CPU性能的顯著提高、圖像處理技術(shù)的進(jìn)展等已經(jīng)允許容易地處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。具體地，在蜂窩電話或PDA(個(gè)人數(shù)字助理)領(lǐng)域，一些具有能顯示圖像的顯示器的類型出現(xiàn)在市場(chǎng)上，且無線通訊中數(shù)據(jù)傳輸率的顯著提高可在不久的將來實(shí)現(xiàn)。因此，可以預(yù)見，這種類型的移動(dòng)電話和PDA之間的圖像數(shù)據(jù)傳輸將經(jīng)常進(jìn)行。
當(dāng)前，在物體像被數(shù)碼靜止照相機(jī)等轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)后，這種圖像數(shù)據(jù)的傳輸通過因特網(wǎng)使用個(gè)人計(jì)算機(jī)等進(jìn)行。然而，為了以這種方式傳輸圖像數(shù)據(jù)，需要所有的裝置，即數(shù)碼靜止照相機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)。最近，提出了作為一種移動(dòng)數(shù)據(jù)終端的圖像輸入裝置的微型相機(jī)模塊，在該模塊中，在一襯底上安裝了一圖像拾取裝置和一光學(xué)透鏡系統(tǒng)。這種微型相機(jī)模塊既不需要有數(shù)碼靜止照相機(jī)，也不需要有個(gè)人計(jì)算機(jī)，并且使得能通過可方便攜帶的蜂窩電話拾取一圖像以簡(jiǎn)單地將其發(fā)送給人。
此外，作為用于這種小型照相機(jī)模塊的圖像拾取裝置，取代傳統(tǒng)的CCD傳感器，CMOS圖像傳感器引起了注意，其原因如下(1)與CCD傳感器相比，CMOS圖像傳感器可以應(yīng)用當(dāng)前用于諸如光電二極管等的半導(dǎo)體器件的CMOS制造工藝以低的成本制造。
(2)CMOS圖像傳感器可以通過單一的電源操作，使得其耗電可以被限制得比CCD傳感器的低。
(3)信號(hào)處理電路(例如CMOS邏輯電路)可以集成到傳感器芯片上，于是與CCD傳感器相比，CMOS圖像傳感器可以被小型化。
然而，在圖像拾取裝置和光學(xué)透鏡系統(tǒng)被安裝在一單一襯底上的情形下，圖像拾取裝置的光接收平面必需優(yōu)選地設(shè)置在光學(xué)透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置上。因此，為了此目的的調(diào)整產(chǎn)生了大的問題。例如，當(dāng)將圖像拾取裝置和光學(xué)透鏡系統(tǒng)安裝到同一襯底上時(shí)，難以將圖像拾取裝置的光接收平面優(yōu)選地設(shè)置在光學(xué)透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置上，這是因?yàn)橛糜趯⒐鈱W(xué)透鏡系統(tǒng)安裝到襯底上的粘接劑的厚度的變化和組元尺寸的變化導(dǎo)致的。為了提高將圖像拾取裝置的光接收平面設(shè)置在光學(xué)透鏡系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置上的尺寸精度，需要高精度的安裝技術(shù)或用于調(diào)整以獲得焦點(diǎn)狀態(tài)的獨(dú)立機(jī)構(gòu)。這種需求增加了生產(chǎn)成本。
即使取代CCD圖像傳感器而采用CMOS圖像傳感器，類似地會(huì)出現(xiàn)上述問題。這種問題成為以低成本生產(chǎn)小型照相機(jī)模塊的巨大障礙。

發(fā)明內(nèi)容
進(jìn)行本發(fā)明以解決上述問題。本發(fā)明的一個(gè)目的是制備一種CMOS圖像傳感器，它適于獲得照相機(jī)模塊用圖像拾取裝置，并且可以以低成本生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，CMOS圖像傳感器包括作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收單元、以及一信號(hào)處理電路；還包括包含一濾色鏡陣列和疊置其上的微透鏡陣列的第一層，它們?cè)O(shè)置在光接收單元的上表面上；以及包含濾色鏡和微透鏡陣列中的至少一種的第二層，該層設(shè)置在信號(hào)處理電路的上表面的至少一部分的區(qū)域內(nèi)。
此處，術(shù)語“光電轉(zhuǎn)換裝置”是指“包括在二維空間中設(shè)置的多個(gè)像素的部件，每個(gè)像素具有一光電轉(zhuǎn)換元件”。每個(gè)像素產(chǎn)生一對(duì)應(yīng)于每個(gè)像素接收到的光的強(qiáng)度的信號(hào)電荷。例如，通常的CMOS圖像傳感器的每個(gè)像素包括一進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管、以及一進(jìn)行電放大和切換的CMOS晶體管。
“信號(hào)處理電路”是指“一種電路，它包括用于驅(qū)動(dòng)像素以獲得信號(hào)電荷的驅(qū)動(dòng)電路、用于轉(zhuǎn)換信號(hào)電荷為數(shù)據(jù)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器、以及用于利用數(shù)據(jù)信號(hào)形成圖像輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)信號(hào)處理單元”。
“濾色鏡”是指“一種僅允許特定顏色成分的光經(jīng)過的濾光鏡”。通常，設(shè)置在光接收單元上的濾色鏡陣列包括紅、綠和蘭濾色鏡(原色濾色鏡)或青、紫和黃濾色鏡(補(bǔ)償色濾色鏡)，這些濾色鏡排列來分別對(duì)應(yīng)光接收單元的像素，以獲得色彩信息。彩色圖像可通過將來自像素的所有輸出信號(hào)進(jìn)行組合而獲得。
“微透鏡陣列”是指“多個(gè)微透鏡，每個(gè)均具有半球形，在二維空間中排列在光電轉(zhuǎn)換裝置上，以增加進(jìn)入作為像素的光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管的光量”。
接著，透鏡支撐部件緊挨CMOS圖像傳感器的情況下的功能和效果將闡述如下。
當(dāng)支撐作為照相光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)透鏡的透鏡支撐部件(包括透鏡框)被襯底固定時(shí)，雖然透鏡支撐部件的接合部分(腿)被緊靠在CMOS圖像傳感器的上表面上，而不是位于襯底上，但是不需要考慮襯底與CMOS圖像傳感器之間的粘接劑厚度的變化，也不需要考慮從襯底到CMOS圖像傳感器的光接收平面的高度變化，使得光軸方向上的定位可以準(zhǔn)確進(jìn)行，且圖像拾取裝置的裝配可容易地進(jìn)行。具體地，1個(gè)芯片的CMOS圖像傳感器包括集成在同一半導(dǎo)體芯片內(nèi)的光接收單元和信號(hào)處理電路，該圖像傳感器可以使信號(hào)處理電路具有足夠大的面積，以將透鏡支撐部件接合在光接收單元的外側(cè)上。根據(jù)該CMOS圖像傳感器，可以具有一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得與CCD圖像傳感器相比，能輕易地將透鏡支撐部件接合到其上。然而，需要考慮CMOS圖像傳感器因?qū)⑼哥R支撐部件小心地接合到其上的毀壞幾率。
在根據(jù)本發(fā)明第一方面的CMOS圖像傳感器中，因?yàn)榘V色鏡陣列和層疊在其上的微透鏡陣列的第一層設(shè)置在光接收單元的上表面上；且包括濾色鏡和微透鏡陣列中的至少一種的第二層設(shè)置在信號(hào)處理電路的上表面的至少一部分的區(qū)域內(nèi)，CMOS圖像傳感器使得能將透鏡支撐部件通過第二層接合到其上。結(jié)果，不需要考慮襯底與CMOS圖像傳感器之間的粘接劑厚度的變化的不利效應(yīng)等，且進(jìn)一步，可以降低CMOS圖像傳感器因接合導(dǎo)致的毀壞或故障的可能性。此外，這種CMOS圖像傳感器使得能獲得小型化的圖像拾取裝置。
優(yōu)選地，信號(hào)處理電路包括數(shù)字信號(hào)處理電路，且第二層形成在數(shù)字信號(hào)處理電路的上表面的一區(qū)域內(nèi)。
在濾色鏡設(shè)置為第二層的情況下，濾色鏡優(yōu)選地包括蘭、紅和綠濾色鏡中的一種。
第二層優(yōu)選地包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得能放置透鏡支撐部件以將光學(xué)透鏡支撐在其上。
光接收單元和信號(hào)處理電路優(yōu)選地形成在同一半導(dǎo)體芯片上，光接收單元形成在半導(dǎo)體芯片的大致中心區(qū)內(nèi)，且信號(hào)處理電路形成在其周邊區(qū)域內(nèi)。
設(shè)置有第二層的區(qū)域包括至少隔開的三個(gè)小區(qū)域，該小區(qū)域圍繞光接收單元。
這種結(jié)構(gòu)使得能穩(wěn)定地將透鏡支撐部件接合到CMOS圖像傳感器的上表面上。
第二層可以設(shè)置為覆蓋數(shù)字信號(hào)處理電路的幾乎整個(gè)上表面。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的平面視圖；以及圖2是大致沿圖1的線II-II截取的垂直剖視圖，其中圖1所示的CMOS圖像傳感器粘接在襯底上。
具體實(shí)施例方式
以下，將參照

本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1中，CMOS圖像傳感器2在上表面的大致中心區(qū)域內(nèi)設(shè)置有用作光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收單元2a，并在其周邊區(qū)域內(nèi)設(shè)置有信號(hào)處理電路2c。它們形成在諸如硅單晶芯片的同一半導(dǎo)體芯片上。光接收單元2a具有在二維空間中設(shè)置的大量像素(未示出)。每個(gè)像素包括作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管、以及進(jìn)行電放大和轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)所接收的光量的信號(hào)電荷的CMOS晶體管。信號(hào)處理電路2c包括用于驅(qū)動(dòng)像素(光電轉(zhuǎn)換元件)以獲得信號(hào)電荷的驅(qū)動(dòng)電路、用于將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器、以及用于利用數(shù)字信號(hào)形成圖像輸出信號(hào)的信號(hào)處理單元等。在CMOS圖像傳感器2的上表面的周邊，在信號(hào)處理電路2c的外端附近，布置有大量焊點(diǎn)2d，如圖1所示。
CMOS圖像傳感器2被粘接固定在襯底PC的預(yù)定位置上，如圖2所示，且通過焊點(diǎn)2d和引線W電連接至襯底PC上的預(yù)定電路上，該焊點(diǎn)是用于連接的接線端。
在光接收單元2a的上表面上，設(shè)置有形成彩色數(shù)字圖像的濾色鏡陣列2f，且在濾色鏡陣列2f上層疊有微透鏡陣列2g，如圖2所示。濾色鏡陣列2f和微透鏡陣列2g構(gòu)成第一層。濾色鏡陣列2f包括例如紅、綠和蘭濾色鏡(三種原色濾色鏡)，這些濾色鏡通過光刻技術(shù)等布置成分別對(duì)應(yīng)光接收單元2a的像素。彩色圖像可以通過將來自像素的所有輸出信號(hào)進(jìn)行組合而獲得。
微透鏡陣列2g包括多個(gè)在二維空間中布置的半球形微透鏡，并通過濾色鏡陣列2f設(shè)置在光接收單元2a上以分別對(duì)應(yīng)于像素，以提高作為像素的光電轉(zhuǎn)換元件的二極管的進(jìn)光量。這種微透鏡陣列可以利用透明合成樹脂材料、光刻技術(shù)和利用合成樹脂的熱流動(dòng)性的技術(shù)制造。
當(dāng)濾色鏡2f和微透鏡陣列2g形成在光接收單元2a的上表面上時(shí)，它們還通過相同的工藝同時(shí)形成在信號(hào)處理電路2c上。通常，雖然保留形成在光接收單元2a上的濾色鏡陣列2f和微透鏡陣列2g，但是在生產(chǎn)工藝中去除了其余的濾色鏡陣列和微透鏡陣列。相反，在本發(fā)明的實(shí)施例中，如后面將說明的那樣，至少保留了所需區(qū)域B上的濾色鏡陣列和微透鏡陣列，即使是其余區(qū)域的。這種濾色鏡陣列和微透鏡陣列構(gòu)成了第二層。
透鏡支撐部件1的支撐光學(xué)透鏡的接合部分1b接合在CMOS圖像傳感器2的上表面上。附圖標(biāo)記3標(biāo)識(shí)光學(xué)透鏡。接著，透鏡支撐部件1的接合部分1b的接合點(diǎn)將得以探討，如下所述。
為了降低透鏡支撐部件1的接合部分1b和CMOS圖像傳感器2之間的表面壓力，需要用于接合部分1b的較大接合面積。作為用于接合透鏡支撐部件1的位置，CMOS圖像傳感器2的光接收單元2a的位置是不合適的，因?yàn)閷⒐鈱W(xué)圖像轉(zhuǎn)換成信號(hào)電荷的像素設(shè)置在該處，并且，在環(huán)繞光接收單元2a的信號(hào)處理電路2c的區(qū)域中的焊點(diǎn)2d的位置也不合適，因?yàn)橐€鍵合在該處進(jìn)行。
相反，在信號(hào)處理電路2c的在焊點(diǎn)2d和光接收單元2a之間的區(qū)域中，存在具有大面積的部位，該面積足以接合接合部分1b。具體地，信號(hào)處理電路2c中的數(shù)字信號(hào)處理電路2e具有更高的接合力抵抗力，即更高的抗壓能力。因此，根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器2具有一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得能將透鏡支撐部件1的接合部分1b具體地接合到數(shù)字信號(hào)處理電路2e的上表面上。
將更具體地說明CMOS圖像傳感器2的上表面上的將被接合的適當(dāng)位置。
在根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器2中，當(dāng)從上面看時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理電路2e排列成大致C形，即圖1中用交替的長(zhǎng)短虛線所示的區(qū)域A。于是，透鏡支撐部件1的接合部分1b可以接合在區(qū)域A中的任何位置上。為了保持放置在數(shù)字信號(hào)處理電路2e上的透鏡支撐部件1的平衡，優(yōu)選地是，提供三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)接合部分1b。在圖示的本實(shí)施例中，提供了如四個(gè)腿的四個(gè)接合部分1b。
此外，希望數(shù)字信號(hào)處理電路2e上的第二層(即，將要接合的上表面上的濾色鏡陣列和微透鏡陣列)的制備對(duì)數(shù)字信號(hào)處理電路2e產(chǎn)生了應(yīng)力松弛。為此目的，在根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器2中，形成了由圖1中的一條交替的長(zhǎng)的和兩條短的虛線所示的四個(gè)矩形小區(qū)域B，在該區(qū)域中，第二層包括一濾色鏡陣列和一層疊其上的微透鏡陣列。透鏡支撐部件1的由圖1中的虛線顯示的四個(gè)接合部分1b接合在第二層上在四個(gè)矩形小區(qū)域B中。
濾色鏡陣列和層疊其上的微透鏡陣列(第二層)可以保留以覆蓋數(shù)字信號(hào)處理電路2e的幾乎整個(gè)上表面。
在信號(hào)處理電路上，第二層并非必須需要濾色鏡陣列和層疊其上的微透鏡陣列這兩者。第二層可以被構(gòu)成來只有濾色鏡陣列和微透鏡陣列中的一種。當(dāng)濾色鏡設(shè)置在信號(hào)處理電路的上表面上而成為第二層時(shí)，濾色鏡可由蘭、紅和綠濾色鏡中的至少一種構(gòu)成。
第二層并非需要同第一層隔開。
在本發(fā)明中，雖然需要光接收單元2a的上表面上的濾色鏡陣列和微透鏡陣列(即第一層)以具有其內(nèi)在的光學(xué)功能，但是不需要信號(hào)處理電路2c的上表面上的那些(即第二層)以具有其內(nèi)在的光學(xué)功能。
在本實(shí)施例中，因?yàn)橥哥R支撐部件1可以被粘接以直接接合到CMOS圖像傳感器的信號(hào)處理電路2c的上表面上，而不是PC襯底上，所以可以精確地進(jìn)行透鏡支撐部件1相對(duì)于光接收單元2a的在光軸方向上的定位。
為了穩(wěn)定地接合和固定透鏡支撐部件1到CMOS圖像傳感器2的信號(hào)處理電路2c上，可以采用各種類型的結(jié)構(gòu)。例如，接合到CMOS圖像傳感器2的信號(hào)處理電路2c上的透鏡支撐部件1可以通過以下方式固定利用彈性擠壓附加部件等，通過諸如彈簧的彈性部件，將透鏡支撐部件1從頂部壓下，并嚙合以將該彈性擠壓附加部件彈性地固定到PC襯底上，其中，該彈性部件在CMOS圖像傳感器2的方向上向透鏡支撐部件1施加一適當(dāng)?shù)钠昧Α?br> 雖然本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)本實(shí)施例得以說明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于本實(shí)施例，且在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對(duì)其作出各種改變和修飾。
例如，在上述實(shí)施例中，CMOS圖像傳感器2和襯底PC的電連接利用引線W進(jìn)行。然而，這還可以通過引線，經(jīng)CMOS圖像傳感器2的內(nèi)部進(jìn)行，以從CMOS圖像傳感器2的后表面或側(cè)表面輸出信號(hào)。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以為CMOS圖像傳感器2的信號(hào)處理電路2c保留寬的區(qū)域，并容易地進(jìn)行電連接。根據(jù)本發(fā)明的圖像拾取裝置可以集成到數(shù)碼照相機(jī)、蜂窩電話、個(gè)人計(jì)算機(jī)、PDA、聲頻視頻設(shè)備、電視機(jī)、家庭用具等中。
2001年5月31日提交的日本專利申請(qǐng)第特愿2001-164020號(hào)的全部公開內(nèi)容，包括說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要，在此全部引用作為參考。
權(quán)利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收單元、以及一信號(hào)處理電路；還包括一包含一濾色鏡陣列和疊置其上的微透鏡陣列的第一層，它們?cè)O(shè)置在光接收單元的上表面上；以及一包含濾色鏡和微透鏡陣列中的至少一種的第二層，該層設(shè)置在信號(hào)處理電路的上表面的至少一部分的區(qū)域內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，信號(hào)處理電路包括一數(shù)字信號(hào)處理電路，且第二層形成在數(shù)字信號(hào)處理電路的上表面的一區(qū)域內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，第二層包括濾色鏡，該濾色鏡包括蘭、紅和綠濾色鏡中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，第二層包括一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得能將用于支撐光學(xué)透鏡的透鏡支撐部件支撐在其上。
5.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其中，光接收單元形成在半導(dǎo)體芯片的大致中心區(qū)域內(nèi)，且信號(hào)處理電路形成在同一半導(dǎo)體芯片上其周邊區(qū)域內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的CMOS圖像傳感器，其中，設(shè)置有第二層的區(qū)域包括至少隔開的三個(gè)小區(qū)域，該小區(qū)域圍繞光接收單元。
7.如權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其中，第二層設(shè)置來覆蓋數(shù)字信號(hào)處理電路的幾乎整個(gè)上表面。
8.一種CMOS圖像傳感器，包括一作為光電轉(zhuǎn)換裝置的光接收單元，該光接收單元包括在二維空間中設(shè)置的多個(gè)像素，每個(gè)像素包括一光電轉(zhuǎn)換元件和一CMOS晶體管，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所接收的光量的信號(hào)電荷；一信號(hào)處理電路，用于處理自每個(gè)像素獲得的信號(hào)電荷以形成圖像信號(hào)；一包含一濾色鏡陣列和疊置其上的微透鏡陣列的第一層，它們?cè)O(shè)置在光接收單元的上表面上；以及一包含濾色鏡和微透鏡陣列中的至少一種的第二層，該層設(shè)置在信號(hào)處理電路上表面的至少一部分的區(qū)域內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS圖像傳感器,包括:一作為光電轉(zhuǎn)換部分的光接收單元;一信號(hào)處理電路單元;一第一濾色鏡層陣列和一第一微透鏡陣列層,它們?cè)O(shè)置在光接收部分的上表面上;以及一包含濾色鏡層和微透鏡陣列層中的至少一種的第二層,該層設(shè)置在信號(hào)處理電路部分上表面的至少一部分的區(qū)域上。
文檔編號(hào)H01L31/0203GK1389928SQ0212029
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2002年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月31日
發(fā)明者山口進(jìn), 丹生和男, 星野康, 水上雅文, 權(quán)五鳳 申請(qǐng)人:柯尼卡株式會(huì)社, 海力士半導(dǎo)體有限公司